汽车结构应变数据测试系统
阅读说明：本技术 汽车结构应变数据测试系统 (Automobile structure strain data testing system ) 是由 王飞 宗志坚 熊新卫 鲁细晓 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种汽车结构应变数据测试系统,包括依次连接的桥路模块、放大模块、滤波模块、A/D转换器以及控制器模块；所述桥路模块用于将应变片的电阻变化信号转换为电压变化信号；所述放大模块用于对所述电压变化信号进行放大；所述滤波模块用于对所述电压变化信号进行滤波处理；所述A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号；所述控制器模块用于控制采集电路、编写实时时钟、协议的转换以及编写定时器。本发明实施例能够针对汽车结构对应变花输出的应变同步进行调理、采集和发送,最大可对6个通道同步进行采集；且具有模块硬件简单、集成电路小和成本低的优点。(The embodiment of the invention provides an automobile structure strain data testing system, which comprises a bridge module, an amplifying module, a filtering module, an A/D converter and a controller module which are connected in sequence; the bridge module is used for converting the resistance change signal of the strain gauge into a voltage change signal; the amplifying module is used for amplifying the voltage change signal; the filtering module is used for filtering the voltage change signal; the A/D converter is used for converting the analog signal into a digital signal; the controller module is used for controlling the acquisition circuit, compiling the real-time clock, converting the protocol and compiling the timer. The embodiment of the invention can synchronously condition, collect and send the strain output by the strain rosette aiming at the automobile structure, and can synchronously collect 6 channels to the maximum extent; and has the advantages of simple module hardware, small integrated circuit and low cost.)
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种汽车结构应变数据测试系统。
背景技术
目前市面上的应变测试系统，多为集中式的应力应变测试系统和分布式的动态应变仪。集中式的应力应变测试系统中，每台仪器的多个通道，可同时进行采集，通过无线或有线的方式，将信号传输至电脑中，在客户端进行信号采集、保存、分析的操作，但是其布置线束十分复杂，线束多，在汽车上使用将对车重造成一些影响。而分布式的动态应变仪，体积较大，通道最少为8个，成本高。因此，这两种应变测试系统并不适合在汽车上广泛使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的汽车结构应变数据测试系统。
根据本发明实施例，提供一种汽车结构应变数据测试系统，该系统包括：依次连接的桥路模块、放大模块、滤波模块、A/D转换器以及控制器模块；
所述桥路模块用于将应变片的电阻变化信号转换为电压变化信号；
所述放大模块用于对所述电压变化信号进行放大；
所述滤波模块用于对所述电压变化信号进行滤波处理；
所述A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号；
所述控制器模块用于控制采集电路、编写实时时钟、协议的转换以及编写定时器。
优选地，该系统还包括与控制器模块连接的CAN模块；
所述CAN模块用于接收和发送CAN数据。
优选地，该系统还包括电源模块；
所述电源模块用于为汽车结构应变数据测试系统所包含的各模块供电。
优选地，所述桥路模块为惠斯通电桥，所述惠斯通电桥中的应变片采用1/4桥进行连接。
优选地，所述放大模块包括：
电阻R65的一端通过电容C38与电阻R66的一端连接；电阻R65的一端通过电容C33接地；电阻R65的一端通过电阻R44与放大器的一端连接；电阻R44的一端通过电阻R56、电阻R7与输出端连接；电阻R66的一端通过电容C34接地；电阻R66的一端通过电阻R45与放大器的另一端连接；电阻R45的一端通过电阻R6接地；电阻R7的一端通过电容C11接地；
电阻R44用于调节所述放大模块的放大倍数。
优选地，所述滤波模块包括RFI滤波器和低通滤波器；
所述RFI滤波器用于对噪声信号进行衰减，将衰减后的信号发送至所述放大模块；
所述低通滤波器用于对所述放大模块放大后的信号进行滤波。
优选地，所述A/D转换器为24位A/D转换器，包括同步采样的多个通道以及分压电路。
优选地，所述采集电路包括至少一个采集器节点，当所述采集器节点的CAN数据在同一时刻进行发送时，总线根据所述采集器节点的CAN ID进行仲裁，以确定当前时刻总线发送的数据。
优选地，该系统还包括：
DC-DC模块，用于将24V电压转换为6.5V电压；
降压模块，用于将6.5V电压转换为模拟电源电压5V以及数字电源电压5V，将数字电源电压5V转换为数字电源电压3.3V。
本发明实施例提供的汽车结构应变数据测试系统，能够针对汽车结构，对应变花输出的应变同步进行调理、采集和发送，最大可对6个通道同步进行采集；且具有模块硬件简单，集成电路小和成本低的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的汽车结构应变数据测试系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的汽车结构应变数据测试系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的惠斯通电桥的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的应变调理电路的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的6.5V转换为数字电压5V及3.3V电路的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的24V转换为6.5V电路的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的6.5V转换为模拟电压5V电路的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的CAN标准帧各位设计示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中存在的汽车的关键结构处应变的分散，位置处主应力方向未知，降低成本及减小体积的技术问题，本发明实施例提供一种汽车结构应变数据测试系统，图1为本发明实施例提供的汽车结构应变数据测试系统的结构示意图，该系统包括依次连接的桥路模块101、放大模块102、滤波模块103、A/D转换器104以及控制器模块105。所述桥路模块101用于将应变片的电阻变化信号转换为电压变化信号；所述放大模块102用于对所述电压变化信号进行放大；所述滤波模块103用于对所述电压变化信号进行滤波处理；所述A/D转换器104用于将模拟信号转换为数字信号；所述控制器模块105用于控制采集电路、编写实时时钟、协议的转换以及编写定时器。
其中，滤波电路对采集的电压信号进行滤波，其目的是降低噪声的干扰。A/D转化器将采集的模拟信号转化为数字信号，其采集的精度、采样频率都与该模块相关。针对微控制器模块MCU，微控制器模块需要与A/D转化器通过SPI通讯，并接收温度传感器的信号，所用的IO口较多，存储空间较大，支持CAN通信。
本发明实施例提供的汽车结构应变数据测试系统，能够针对汽车结构，对应变花输出的应变同步进行调理、采集和发送，最大可对6个通道同步进行采集；且具有模块硬件简单，集成电路小和成本低的优点。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，图2为本发明另一实施例提供的汽车结构应变数据测试系统的结构示意图，参见附图2，该系统还包括与控制器模块连接的CAN模块；所述CAN模块用于接收和发送CAN数据。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，参见附图2，该系统还包括电源模块；所述电源模块用于为汽车结构应变数据测试系统所包含的各模块供电。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，图3为本发明实施例提供的惠斯通电桥的结构示意图，如图3所示，所述桥路模块为惠斯通电桥，所述惠斯通电桥中的应变片采用1/4桥进行连接。
具体地，参见图3，桥路模块的类型采用惠斯通电桥信号调理电路，惠斯通电桥电路中除应变片的R1电阻，其余的R2、R3、R4均与应变片的电阻相等，应变片采用1/4桥进行连接。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，图4为本发明实施例提供的应变调理电路的结构示意图，参见图4，所述放大模块包括：电阻R65的一端通过电容C38与电阻R66的一端连接；电阻R65的一端通过电容C33接地；电阻R65的一端通过电阻R44与放大器的一端连接；电阻R44的一端通过电阻R56、电阻R7与输出端连接；电阻R66的一端通过电容C34接地；电阻R66的一端通过电阻R45与放大器的另一端连接；电阻R45的一端通过电阻R6接地；电阻R7的一端通过电容C11接地；电阻R44用于调节所述放大模块的放大倍数。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述滤波模块包括RFI滤波器和低通滤波器；所述RFI滤波器用于对噪声信号进行衰减，将衰减后的信号发送至所述放大模块；所述低通滤波器用于对所述放大模块放大后的信号进行滤波。
具体地，在放大器之前设计一RFI滤波器对噪声信号进行衰减，在放大器后面设计一个低通滤波器进行滤波。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述A/D转换器为24位A/D转换器，包括同步采样的多个通道以及分压电路。
具体地，A/D转换器，应变片金属丝电阻变化的信号经该信号调理电路处理后，所得到的电压变化范围为0～5V，且为模拟信号，需要经过A/D转换器将该电压模拟信号转换为数字信号，选择24位的A/D转换器，通道为8个，同步采样，并设计分压电路。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述采集电路包括至少一个采集器节点，当所述采集器节点的CAN数据在同一时刻进行发送时，总线根据所述采集器节点的CAN ID进行仲裁，以确定当前时刻总线发送的数据。
具体地，各个采集器节点采用CAN ID的设计。当多节点的CAN数据在同一时刻进行发送时，总线会根据CAN ID进行仲裁，决定当前时刻总线发送的数据。因为数据网关的CAN数据采用的是标准帧，因此各个传感器节点都选择为标准帧。例如，应变花共20个，因此其ID可设计为0x00至0x13，分配8个数位，为了保证应变花的三个轴通道的数据同步，分配第一个轴、第二个轴各21位，第三个轴的数据占22位。
另外，CAN收发器兼容ISO 11898标准，其波特率高，抗干扰性强，未通电的节点不会干扰总线线路，节点多，能够在汽车环境中对总线引脚提供抗瞬态保护。图8为本发明实施例提供的CAN标准帧各位设计示意图。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，该系统还包括：DC-DC模块，用于将24V电压转换为6.5V电压；图6为本发明实施例提供的24V转换为6.5V电路的结构示意图。降压模块，用于将6.5V电压转换为模拟电源电压5V以及数字电源电压5V，将数字电源电压5V转换为数字电源电压3.3V。图5为本发明实施例提供的6.5V转换为数字电压5V及3.3V电路的结构示意图。图7为本发明实施例提供的6.5V转换为模拟电压5V电路的结构示意图。
具体地，针对电源电路，采集电路的供电数字电压3.3V和5V，模拟电压5V，而全铝客车上的电压为24V，而从24V降至5V或3.3V电压的功率比较大，需要采用DC-DC模块，以免烧坏采集电路，宜选择合适的DC-DC模块将24V电源先转换为6.5V电压；进一步考虑到模拟电压要求的比较高，选择降压模块将6.5V电压转换为较高精度的模拟电源电压5V；选择降压模块将6.5V电压转换为数字电源电压5V，再选择降压模块将电压转换为数字电源电压3.3V。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
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